Ученик провёл физический эксперимент: в воду массой 250 г он опустил нагретое в кипящей воде до 100 °C металлическое тело массой 100 г. Начальная температура воды 20 °C, после установления теплового равновесия температура стала 24,5 °C. Как можно определить удельную теплоёмкость металлического тела по данным опыта, если:

• а) теплообменом с окружающей средой и сосудом можно пренебречь;
• б) Вода налита в алюминиевый стакан массой 60 г, а теплообменом с окружающей средой можно пренебречь.

Физика 8 класс Теплопередача и удельная теплоемкость физика 8 класс эксперимент теплообмен удельная теплоёмкость металлическое тело температура тепловое равновесие вода масса алюминиевый стакан теплоемкость воды расчет физические законы Новый

Давайте разберёмся, как определить удельную теплоёмкость металлического тела на основе данных нашего эксперимента.

Для начала напомним, что удельная теплоёмкость - это количество теплоты, необходимое для повышения температуры единицы массы вещества на один градус Цельсия. Мы можем использовать закон сохранения энергии, который говорит о том, что количество теплоты, потерянное одним телом, равно количеству теплоты, полученному другим телом, если пренебречь потерями на теплообмен с окружающей средой.

В нашем случае, мы имеем два тела: воду и металлическое тело. Начальные условия таковы:

• Масса воды (m1) = 250 г = 0,25 кг
• Начальная температура воды (T1) = 20 °C
• Масса металлического тела (m2) = 100 г = 0,1 кг
• Начальная температура металлического тела (T2) = 100 °C
• Конечняя температура (Т) = 24,5 °C

Теперь, если пренебречь теплообменом с окружающей средой, мы можем записать уравнение для сохранения энергии:

Количество теплоты, отданное металлическим телом, равно количеству теплоты, полученному водой:

m2 * c2 * (T2 - T) = m1 * c1 * (T - T1)

где:

• c1 - удельная теплоёмкость воды (обычно 4,18 Дж/(кг·°C))
• c2 - удельная теплоёмкость металлического тела, которую мы хотим найти.

Теперь подставим известные значения в уравнение:

0,1 * c2 * (100 - 24,5) = 0,25 * 4,18 * (24,5 - 20)

Сначала посчитаем разности температур:

• (100 - 24,5) = 75,5 °C
• (24,5 - 20) = 4,5 °C

Теперь подставим эти значения:

0,1 * c2 * 75,5 = 0,25 * 4,18 * 4,5

Теперь посчитаем правую часть уравнения:

0,25 * 4,18 * 4,5 = 4,685

Теперь у нас есть уравнение:

0,1 * c2 * 75,5 = 4,685

Чтобы найти c2, нужно выразить его из уравнения:

c2 = 4,685 / (0,1 * 75,5)

Теперь посчитаем:

c2 = 4,685 / 7,55 ≈ 0,620 Дж/(кг·°C)

Таким образом, удельная теплоёмкость металлического тела составляет примерно 0,620 Дж/(кг·°C).

Теперь давайте рассмотрим второй случай, когда у нас есть алюминиевый стакан с массой 60 г. В этом случае, мы должны учесть теплоёмкость стакана, так как он также будет участвовать в теплообмене. В таком случае уравнение будет выглядеть следующим образом:

m2 * c2 * (T2 - T) = m1 * c1 * (T - T1) + mстакан * cстакан * (T - Tстакан)

Здесь mстакан - масса стакана (0,06 кг), а cстакан - удельная теплоёмкость алюминия (обычно около 0,897 Дж/(кг·°C)).

После подстановки значений и расчётов, вы сможете найти удельную теплоёмкость металлического тела, учитывая также теплоёмкость алюминиевого стакана.

Таким образом, мы получили полное решение задачи и узнали, как учитывать различные факторы в тепловых экспериментах.